KR20020069648A - Method for manufacturing unagglomerated fine particles using electro-hydrodynamic spray in flame or furnace - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기-수력학적 분사를 이용하여 화염 및 반응로에서 발생하는 초미세 입자를 하전시킴으로써 균일한 크기를 갖는 비응집 미세입자를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of producing non-aggregated microparticles having a uniform size by charging ultrafine particles generated in flames and reactors using electro-hydraulic injection.
크기가 균일한 비응집 상태의 미세 입자로 만들어진 재료는 다른 재료에서볼 수 없는 뛰어난 기계적, 화학적, 광학적, 전기적 물성을 갖고 있어서 여러 산업분야에 응용되고 있고, 따라서 입자끼리의 결합(응집)이 없는 균일한 크기를 갖는 구형이거나 비응집 상태의 미세입자를 발생시키기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.Materials made of fine particles with uniform size and non-aggregated state have excellent mechanical, chemical, optical and electrical properties not found in other materials and are applied to various industrial fields. Therefore, there is no cohesion between particles. Many studies have been conducted to generate spherical or non-aggregated microparticles having a uniform size.
미세입자를 제조하기 위한 기존의 방법에는 졸-겔(sol-gel)법, 분무 열분해법(spray pyrolysis), CVD(chemical vapor deposition)법 또는 화염(flame) 합성법 등과 같이 기상의 전구체(precursor)를 반응시키는 기상공정법(vapor processing)을 예로 들 수 있다.Conventional methods for preparing microparticles include gas phase precursors such as sol-gel, spray pyrolysis, chemical vapor deposition, or flame synthesis. For example, vapor processing may be performed.
졸-겔법은 대량생산이 가능하지만 많은 공정과정을 수반하고 공정 후 폐기물 처리가 어려워 환경오염을 야기하는 큰 단점을 가지고 있고, CVD나 화염합성법은 고순도의 미세 입자를 대량으로 생성시킬 수 있지만 입자 간의 충돌로 인하여 응집된 형태의 비구형 집합체 입자들이 발생하는 단점이 있다.The sol-gel method can be mass-produced, but has a big disadvantage of entailing environmental pollution due to many processes and difficult processing of waste after processing. CVD or flame synthesis method can produce high purity fine particles in large quantities, but There is a disadvantage that agglomerated non-spherical aggregate particles are generated due to the collision.
따라서 구형이거나 비응집 상태의 크기가 균일한 미세입자를 대량으로 생성시키기 위한 보다 실용적이고 높은 생산성을 갖는 제조방법이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for a production method having a more practical and high productivity for producing a large amount of fine particles having a spherical or non-aggregated size.
본 발명은 상기와 같이 기존의 방법보다 실용적이고 높은 생산성을 갖는 구형이거나 비응집 상태의 미세입자를 제조하기 위해 창안된 것으로서, 보다 균일한 크기의 비응집 미세입자를 대량으로 그리고 연속적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was devised to produce spherical or non-agglomerated microparticles having a higher practicality and productivity than conventional methods as described above, and can produce non-agglomerated microparticles of more uniform size in large quantities and continuously. The purpose is to provide a way.
도 1은 종래의 열분해 과정에서 생성되는 각 생성 단계별 입자의 형상을 개략적으로 설명하는 도면이다.1 is a view schematically illustrating the shape of particles in each generation step generated in a conventional pyrolysis process.
도 2는 종래의 일반적인 기상반응을 통해 화염 내부에서 발생하는 입자 생성 과정을 설명하기 위한 구성도이다.2 is a block diagram illustrating a particle generation process occurring in a flame through a conventional general gas phase reaction.
도 3은 종래의 기상반응을 통해 반응로 내에서 발생하는 입자 생성 과정을 설명하기 위한 구성도이다.3 is a block diagram illustrating a particle generation process occurring in a reactor through a conventional gas phase reaction.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의하여, 화염 내부에 전기-수력학적 분사노즐을 삽입하고 반응물질을 직접 주입하여 비응집 미세입자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 구성도이다.4 is a block diagram illustrating a method for preparing non-aggregated microparticles by inserting an electro-hydraulic injection nozzle into a flame and directly injecting a reactant according to one embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의하여, 반응로 내부에 전기-수력학적 분사노즐을 삽입하고 반응물질을 직접 주입하여 비응집 미세입자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 구성도이다.5 is a block diagram illustrating a method for preparing non-aggregated microparticles by inserting an electro-hydraulic injection nozzle into a reactor and directly injecting a reactant according to another embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의하여, 반응물질을 버너에 직접 주입하고 전기-수력학적 분사노즐에는 반응물질이 아닌 운반유체를 분사시켜 비응집 미세입자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 6 is a view illustrating a method for preparing non-aggregated microparticles by directly injecting a reactant into a burner and spraying a carrier fluid instead of a reactant into an electro-hydraulic injection nozzle according to another embodiment of the present invention. It is also.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의하여, 반응물질을 반응로 내에 직접 주입시키고 전기-수력학적 분사노즐에는 반응물질이 아닌 운반유체를 분사시켜 비응집 미세입자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 구성도이다.7 is a view for explaining a method for preparing non-aggregated microparticles by directly injecting a reactant into a reactor according to another embodiment of the present invention and spraying a carrier fluid instead of a reactant into an electro-hydraulic injection nozzle. It is a block diagram.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: 단입자(monomer) 2: 초미세 입자(기본 입자)1: single particle 2: ultra-fine particle (base particle)
3: 사슬모양의 비구형 집합체 4: 소결반응으로 인한 큰 구형입자3: chain-shaped non-spherical aggregate 4: large spherical particles due to sintering reaction
21: 버너 22: 기체상태의 반응물질(전구체)21: burner 22: gaseous reactant (precursor)
23: 화염 31: 반응로23: flame 31: reactor
32: 반응로 배출구 41: 전기-수력학적 분사노즐32: reactor outlet 41: electro-hydraulic injection nozzle
42: 액체상태의 반응물질(전구체) 43: 분사된 액상의 반응물질42: liquid reactant (precursor) 43: sprayed liquid reactant
44: 균일한 구형 또는 비응집 미세입자44: uniform spherical or non-aggregated microparticles
61: 운반유체 62: 분사된 운반유체61: carrier fluid 62: injected carrier fluid
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서,In order to achieve the above object,
전위차 인가수단이 구비된 분사노즐을 통하여 입자형성용 반응물질을 화염 또는 반응로 내로 공급하는 단계;Supplying a reactant for forming particles into a flame or a reactor through an injection nozzle having a potential difference applying means;
화염 또는 반응로 내에 단극성으로 하전된 입자 전구체를 상기 반응물질로부터 생성하는 단계; 및Producing a monopolar charged particle precursor from the reactants in a flame or reactor; And
단극성을 띠는 입자 전구체가 전기적 반발력에 의해 서로 충돌하거나 응집하는 것이 억제되는 분위기에서 입자형성 반응이 진행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 분사에 의한 미세입자 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing fine particles by electro-hydraulic injection comprising the step of the particle formation reaction is carried out in an atmosphere in which the unipolar particle precursors are suppressed from colliding or agglomerating with each other by electrical repulsive force.
본 발명에 의하면, 상기 전위차가 인가된 분사 노즐에 공급되는 입자형성용 반응물질이 액체 상태인 것이 바람직하다.According to the present invention, it is preferable that the reactant for forming particles supplied to the spray nozzle to which the potential difference is applied is in a liquid state.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면,In addition, according to another embodiment of the present invention,
기체상태의 입자 형성용 반응물질을 화염 또는 반응로 내로 공급하여 입자 또는 입자 전구체를 형성하는 단계;Supplying a gaseous particle-forming reactant into a flame or a reactor to form particles or particle precursors;
상기 입자형성용 반응물질의 공급과 동시에, 전위차 인가수단이 구비된 분사노즐을 통하여 운반 유체를 공급하는 단계;Supplying a conveying fluid through an injection nozzle equipped with a potential difference applying means at the same time as the supply of the reactant for forming particles;
상기 운반유체로부터 단극성으로 하전된 유체입자를 생성하는 단계; 및Generating unipolar charged fluid particles from the carrier fluid; And
단극성을 띠는 유체입자가 입자 전구체 또는 입자 전구체로부터 형성된 미세입자와 충돌하여 입자 전구체 또는 미세입자를 단극성으로 하전시킴으로써 입자 전구체 또는 미세입자가 전기적 반발력에 의해 서로 충돌하거나 응집하는 것이 억제되는 분위기에서 입자형성 반응이 진행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 분사에 의한 미세입자 제조방법이 제공된다.Atmosphere in which the unipolar fluid particles collide with the particle precursor or the microparticles formed from the particle precursor to charge the particle precursor or the microparticles to unipolarity, thereby preventing the particle precursor or the microparticles from colliding or agglomerating with each other by electrical repulsive force. There is provided a method for producing fine particles by electro-hydraulic injection, comprising the step of proceeding the particle forming reaction.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 입자형성용 반응물질은 기체 상태이고, 상기 전위차가 인가된 분사노즐에 공급되는 운반유체는 액체 상태인 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, the particle forming reactant is in a gaseous state, and the carrier fluid supplied to the injection nozzle to which the potential difference is applied is preferably in a liquid state.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 전위차 인가 수단이 구비된 분사 노즐에 걸리는 전위차는 분사시키는 액체의 종류에 따라 2 내지 20kV 까지 다양할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the potential difference applied to the injection nozzle with the potential difference applying means may vary from 2 to 20 kV depending on the type of liquid to be injected.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 운반유체는 전기전도성이 우수하여 다량의 이온성 분위기를 제공할 수 있는 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, it is preferable that the carrier fluid is excellent in electrical conductivity and can provide a large amount of ionic atmosphere.
본 발명은 화염이나 반응로에서 발생하는 입자를 전기-수력학적 방법을 이용하여 하전시킴으로써 균일한 비응집 상태의 미세입자를 제조하는 방법을 제공한다. 전기-수력학적 분사를 이용하여 입자를 하전시키는 방법으로 입자 생성을 위한 화학 물질인 액상의 전구체(precursor)를 직접 전기-수력학적으로 분사시킨 뒤 이를 고온에서 화학반응 일으켜 하전된 입자를 생성시키는 방법과, 고온 환경에서 화학반응으로 이미 만들어진 입자나 입자 생성 직전의 기상의 전구체에 물 또는 다른 액체를 전기-수력학적으로 분사, 고농도의 이온 분위기를 조성함으로써 입자를 하전시키는 방법이 있다.The present invention provides a method for producing uniform, non-aggregated microparticles by charging particles generated in a flame or reactor using an electro-hydraulic method. A method of charging particles using electro-hydraulic injection to directly electro-hydrodynamically spray a liquid precursor (precursor), a chemical for particle generation, and then chemically react at high temperature to generate charged particles. There is a method of charging particles by electro-hydraulic injection of water or other liquids to a particle already produced by a chemical reaction in a high temperature environment or a gaseous precursor immediately before particle generation, to form a high concentration of ionic atmosphere.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 전술한 바와 같이 기존의 방법들의 문제점을 해결하고자 창안된것으로서, 화염이나 반응로에서 발생하는 입자를 전기-수력학적 분사방법을 통해 하전시킴으로써 입자 사이의 응집을 억제, 구형이거나 비응집 상태의 균일한 미세입자를 연속적으로 제조하는 것을 특징으로 한다.The present invention was devised to solve the problems of the existing methods as described above, and suppresses agglomeration between particles by charging particles generated in a flame or a reactor through an electro-hydraulic injection method. It characterized in that the uniform production of uniform fine particles.
도 1은 종래의 열분해 방식에서 생성되는 입자의 생성 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 각 생성 단계별 입자의 형상을 나타내고 있다. 반응물질인 기상의 전구체가 화염이나 반응로에 주입되면 화학반응을 통해 분자 크기의 단입자(1)가 형성 되고 이러한 단입자들(1)이 여러 개 모여서 균일한 크기의 초미세 입자(2)가 생성된다. 이 초미세 입자들은 화염이나 반응로를 따라 이동하면서 서로간의 충돌에 의해 응집되고 성장하여 사슬모양의 비구형 집합체(3)를 이루고 이러한 비구형 집합체는 고온에서 충분히 가열되면 소결반응을 통해 상당히 큰 구형입자(4)로 성장한다.1 is a view for explaining the production process of the particles produced in the conventional pyrolysis method, showing the shape of the particles for each generation step. When the precursor of the gaseous phase, which is a reactant, is injected into a flame or a reactor, a single particle (1) having a molecular size is formed through a chemical reaction, and the single particles (1) are gathered together to form an ultrafine particle (2) of uniform size. Is generated. These ultra-fine particles aggregate and grow by collisions with each other as they move along a flame or reactor, forming a chain-shaped non-spherical aggregate (3). When these non-spherical aggregates are sufficiently heated at a high temperature, they are significantly larger spherical through sintering reaction. Grows into particles (4).
도 2는 종래의 기상반응을 통해 화염(23) 내에서 발생하는 입자 생성 과정을 도시한다. 한 개 또는 여러 개의 노즐(도시되지 않음)을 포함하는 버너(21)를 통하여 기상의 전구체(22)와 산화제가 별도로 또는 혼합되어 분사되어 화염(23)을 형성하고, 화염 내부에서 화학반응이 진행되어 도 1에 도시한 각 단계의 입자들(1, 2, 3 및 4)이 생성된다.2 illustrates a particle generation process occurring in flame 23 through a conventional gas phase reaction. The gaseous precursor 22 and the oxidant are sprayed separately or mixed through a burner 21 including one or several nozzles (not shown) to form a flame 23, and a chemical reaction proceeds inside the flame. This produces particles 1, 2, 3 and 4 of each stage shown in FIG.
도 3은 종래의 기상반응을 통해 반응로(31) 내에서 발생하는 입자 생성 과정을 설명하기 위한 구성도이다. 도시된 바와 같이 기상의 전구체(22)가 반응로(31)에 공급되어 배출구(32)로 향해 이동하면서 화학반응에 의해 도 1에 도시한 각 단계의 입자들(1, 2, 3 및 4)이 생성된다.3 is a block diagram illustrating a particle generation process occurring in the reactor 31 through a conventional gas phase reaction. As shown, the precursors 22 in the gas phase are supplied to the reactor 31 and moved toward the outlet 32, whereby the particles 1, 2, 3 and 4 of each stage shown in FIG. Is generated.
이와 같이 화염이나 반응로 내에서 기상의 전구체를 직접 반응시켜 미세한 입자를 생성시키는 방법은, 반응 온도가 비교적 낮을 때에는 입자가 서로 충돌, 응집하면서 성장하여 사슬모양의 비구형 집합체(agglomerate)를 만들고, 반응 온도가 지나치게 높을 때에는 입자간에 소결이 일어나 상당히 큰 입자를 형성시키기 때문에 균일한 크기를 가지면서도 보다 작고 고농도의 비응집 미세입자를 제조하는데 상당한 어려움을 갖고 있다.As described above, the method of directly reacting gaseous precursors in a flame or a reactor to produce fine particles, when the reaction temperature is relatively low, the particles collide with each other and aggregate to grow to form agglomerate aggregates (agglomerate), When the reaction temperature is too high, sintering occurs between the particles to form a considerably large particle, which makes it difficult to produce smaller and higher concentration non-aggregated microparticles.
따라서 본 발명자들은 기존의 화염이나 반응로에서의 기상반응을 통한 미세입자 생성방법의 단점을 개선하기 위해서, 전기-수력학적 분사방법을 통해 입자를 단극으로 하전시킴으로써 입자간의 반발력에 의해 입자의 성장을 억제, 균일한 크기의 구형이거나 비응집 상태의 초미세 입자를 연속적으로 생산할 수 있는 방법을 창안하게 되었다.Therefore, in order to improve the shortcomings of the conventional method for generating microparticles through the gas phase reaction in a flame or a reactor, the present inventors have observed the growth of particles by repulsive force between particles by charging the particles to a single electrode through an electro-hydraulic injection method. It has been devised a way to continuously produce ultrafine particles of suppressed, uniformly sized spherical or non-aggregated state.
본 발명에서 사용하는 전기-수력학적 분사방법에 대하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.An electro-hydraulic injection method used in the present invention will be briefly described as follows.
전기수력학적 분사를 위한 장치는 분사하고자 하는 액체가 공급되는 분사노즐과, 전위차를 걸어주기 위해 그 주위에 배치되는 접지판을 포함한다.The apparatus for electrohydraulic injection includes a spray nozzle supplied with the liquid to be sprayed, and a ground plate disposed around the ground to apply a potential difference.
접지판은 별도로 반응로 또는 화염발생기 내에 배치될 수도 있으나, 반응로나 화염안정기를 접지시켜 접지판의 역할을 하도록 하는 것도 가능하다.The ground plate may be separately arranged in the reactor or flame generator, but it is also possible to ground the reactor or flame stabilizer to serve as a ground plate.
분사노즐과 주위 접지판에 매우 큰 전위차를 걸어주고 분사노즐에 액체를 흘려주면 전기장의 세기와 액체 유량에 따라 다양한 분사 형태를 보이는데, 이와 같은 조건을 적절하게 조절하게 되면 매우 균일한 초미세 입자를 분사시킬 수 있다.Applying a very large potential difference to the injection nozzle and surrounding ground plate and flowing liquid to the injection nozzle shows various types of injection depending on the electric field strength and liquid flow rate. Can be sprayed.
또한 이렇게 분사된 액체 입자는 대부분 대량의 단극성 전하를 갖게 된다. 분사노즐과 접지판 사이의 전위차가 작을 때에는 분사노즐과 접지판 사이의 저항 때문에 전류의 흐름없이 액체를 흘러 보내지만 전위차가 일정치 이상으로 크게 되면 이 저항을 이기고 액체에 수 많은 전하를 띠게 된다. 전하의 극성은 걸어주는 전극에 따라 양(+)이 될 수도 음(-)이 될 수도 있다. 그리고 입자들이 단극으로 하전되면 서로 같은 극성을 띰으로 인한 반발력이 생성되어 입자 사이의 충돌을 억제, 입자의 성장을 지연시킬 수 있다.In addition, most of the liquid particles thus injected have a large amount of monopolar charge. When the potential difference between the injection nozzle and the ground plate is small, the liquid flows without the flow of current due to the resistance between the injection nozzle and the ground plate, but when the potential difference is larger than a certain value, the resistance is overcome and a lot of charge is applied to the liquid. The polarity of the charge can be positive or negative, depending on the electrode being applied. In addition, when the particles are charged to a single pole, repulsive force due to the same polarity is generated to suppress collisions between the particles and delay the growth of the particles.
따라서 전기-수력학적 방법을 이용하여 화염이나 반응로에서 발생하는 입자를 단극으로 하전시키면 응집으로 인한 입자들의 성장을 억제할 수 있으므로 균일한 크기의 구형 또는 비응집 상태의 미세입자를 제조할 수가 있다.Therefore, by using the electro-hydraulic method to charge the particles generated in the flame or reactor to a single pole can suppress the growth of the particles due to the aggregation, it is possible to produce a spherical or non-aggregated fine particles of uniform size .
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 화염(23) 내부에 전기-수력학적 분사노즐(41)을 삽입하고 액상의 반응물질(42)을 직접 분사노즐로 분사시킨 뒤 이렇게 분사된 액상의 전구체(43)를 고온에서 화학반응시켜 균일한 구형 또는 비응집 상태의 미세입자(44)를 제조하는 과정을 보여준다.Figure 4 according to an embodiment of the present invention, the electro-hydraulic injection nozzle 41 is inserted into the flame 23 and the liquid reactant 42 is directly injected into the injection nozzle after the injection of the liquid so The precursor 43 is chemically reacted at a high temperature to show a process of producing the fine particles 44 in a uniform spherical or non-aggregated state.
본 발명에 의해 제조되는 미세입자(44)는 도 1의 2단계 입자(화학반응을 통해 발생된 최초의 입자)보다는 큰 입자로서, 도 1의 2단계 입자들을 하전시켜서 성장을 줄인 최종입자로 볼 수 있다.The fine particles 44 produced by the present invention are larger particles than the two-stage particles (the first particles generated through the chemical reaction) of FIG. 1, and charged as the final particles by reducing the growth by charging the two-stage particles of FIG. 1. Can be.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 반응로(31) 내부에 전기-수력학적 분사노즐(41)을 삽입하고 액상의 반응물질(42)을 직접 주입하여 액상의 전구체(43)로부터 균일한 구형 또는 비응집 상태의 미세입자(44)를 제조하는 과정을 보여주고있다.FIG. 5 illustrates the uniformity of the precursor 43 in the liquid phase by inserting the electro-hydraulic injection nozzle 41 into the reactor 31 and directly injecting the liquid reactant 42 in accordance with another embodiment of the present invention. A process of manufacturing the fine particles 44 in a spherical or non-aggregated state is shown.
도 4 및 도 5는 미세입자를 형성시키고자 하는 반응물질을 직접 전기-수력학적 분사노즐에 삽입하여 분사시키는 경우만을 도시하고 있으나, 하기 실시예와 같이 별도의 운반유체를 사용하여 반응물질은 종래의 노즐을 사용하여 버너나 반응로에 직접 주입시키고 전기-수력학적 분사노즐을 통해서는 운반유체만을 분사시키는 방법도 사용가능하다. 이 방법은 다량의 이온 분위기를 만들어 줄 수 있는 운반유체를 사용함으로써 전구체 종류에 따라 직접 분사가 불가능한 상황이나 운반유체를 사용했을 때에 더 큰 효과를 볼 수 있는 경우에 적용할 수 있다. 이상과 같은 관점에서 운반유체로는 물과 같이 전기전도성이 우수한 액체 등이 바람직하다.4 and 5 illustrate only the case where the reactant to form the microparticles are directly injected into the electro-hydraulic injection nozzle and sprayed, but the reactant using a separate carrier fluid as in the following example is conventionally used. It is also possible to inject directly into the burner or reactor using the nozzle and to spray only the carrier fluid through the electro-hydraulic injection nozzle. This method can be applied to situations where direct injection is not possible depending on the type of precursor, or when the carrier fluid can be used to achieve a greater effect by using a carrier fluid that can create a large amount of ionic atmosphere. From the above point of view, the carrier fluid is preferably a liquid having excellent electrical conductivity such as water.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이 기상의 반응물질(22)을 버너(21)에 직접 주입시켜주고, 전기-수력학적 분사노즐(41)에는 화염(23) 중에 다량의 이온 분위기를 만들어주기 위해 반응물질이 아닌 물이나 기타 다른 운반유체(61)를 분사시켜서 하전을 띤 운반유체의 미립자(62)와 이미 발생한 반응물질의 입자 또는 아직 입자화 되지 않은 반응물질 전구체와의 충돌을 유도하여 화염 중 발생하는 입자를 하전시킴으로써 균일한 구형 또는 비응집 상태의 미세입자(44)를 제조할 수가 있다.Specifically, as shown in FIG. 6, the gaseous reactant 22 is directly injected into the burner 21, and the electro-hydraulic injection nozzle 41 creates a large amount of ionic atmosphere in the flame 23. Water or other carrier fluids (61) that are not hazardous reactants to induce collisions between charged particles (62) of charged carrier fluids and particles of reactants that have already occurred or precursors that have not yet been granulated. By charging the particles generated in the middle, the fine particles 44 in a uniform spherical or non-aggregated state can be produced.
마찬가지로, 도 7에 도시된 바와 같이 반응물질(22)을 반응로(31)에 직접 주입시키고 물이나 기타 다른 운반유체(61)을 전기-수력학적 분사노즐(41)을 통해 분사시켜 줌으로써 반응로에서 발생하는 입자를 하전시키고 균일한 구형 또는 비응집 상태의 미세입자(44)를 제조할 수도 있다.Likewise, as shown in FIG. 7, the reactor 22 is directly injected into the reactor 31 and water or other carrier fluid 61 is injected through the electro-hydraulic injection nozzle 41. It is also possible to charge the particles generated in and to produce a fine spherical particles 44 of a uniform spherical or non-aggregated state.
본 발명에 의한 방법에 의해 제조되는 미세입자의 크기는 약 30∼120 nm의 범위이며, 20 nm 정도의 미세입자도 제조가능하다.The size of the microparticles produced by the method according to the present invention is in the range of about 30 to 120 nm, and microparticles of about 20 nm can also be prepared.
또한, 기존의 기상 반응법은 반응온도에 민감하여 적절한 온도범위를 벗어나면 입자의 구형도나 크기 조절에 치명적인 영향을 미쳤으나, 본 발명에 의하면 보다 광범위한 온도범위에서도 안정적으로 구형 또는 비응집 상태의 미세입자를 제조할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 본 발명에 의한 방법은 500∼1500℃의 온도범위에서 적용가능하다.In addition, the conventional gas phase reaction method is sensitive to the reaction temperature and had a fatal effect on the sphericity or size control of the particles outside the appropriate temperature range, but according to the present invention stably spherical or non-aggregated fine Particles can be prepared. Specifically, for example, the method according to the present invention is applicable in the temperature range of 500 to 1500 ℃.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 미세입자의 생산량은 반응물질의 유량, 물이나 기타 다른 운반유체의 유량, 화염이나 반응로의 온도, 전기-수력학적 분사노즐에 가해주는 전압, 버너와 반응로의 크기와 구조 등에 의존하여 다양하게 변화시킬 수 있다.The production of microparticles produced by the method of the present invention may include the flow rate of the reactants, the flow rate of water or other carrier fluid, the temperature of the flame or reactor, the voltage applied to the electro-hydraulic injection nozzle, the burner and reactor Various changes can be made depending on the size and structure.
또한, 화염 및 반응로에서 전기-수력학적 분사노즐과 접지판의 크기, 모양 및 위치 등을 적절히 설계하고 배치하여 균일한 비응집 미세입자의 생산량을 증가시킬 수 있다.In addition, the size, shape and location of the electro-hydraulic injection nozzle and ground plate in the flame and reactor can be appropriately designed and arranged to increase the production of uniform non-aggregated microparticles.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 들어 보다 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적인 것에 불과한 것으로서 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, a concrete embodiment of the present invention will be described in more detail. The following examples are merely illustrative to assist in understanding the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
<실시예><Example>
중심부에 외경 1.1mm, 내경 0.7mm의 전기-수력학적 분사노즐(41)을 구비한 버너를 사용하였다. 분사노즐 주위에 차단가스(질소), 수소, 산소 순으로 각각0.5, 1.5 및 1.5 slm( Standard liter per minute, l/min)을 주입하였다. 분사노즐에서 반응물질(42)의 화학적인 반응이 발생하는 것을 방지하기 위하여 분사노즐을 버너 상단 면으로부터 25mm 낮게 위치시키고 주위에 질소를 주입하여 노즐의 온도상승을 억제하였다. 또한 화염(23)의 불안정을 막기 위해서 화염 바깥부분에 화염 안정기를 두고 압축공기를 50 slm정도 불어주어 화염을 안정화시켰다. 전기-수력학적 분사를 위해 노즐(41)과 버너(21), 그리고 화염 안정기를 각각 절연시켜 주었고 노즐과 화염 안정기에 3.5 kV의 전위차를 걸어주었다. 노즐에는 반응물질인 TEOS(tetraethylorthosilicate)를 주사기펌프(syringe pump)를 이용하여 0.6cc/hr이 유량으로 주입시켜 미세입자를 제조하였다.A burner equipped with an electro-hydraulic injection nozzle 41 having an outer diameter of 1.1 mm and an inner diameter of 0.7 mm at the center was used. 0.5, 1.5 and 1.5 slm (Standard liter per minute, l / min) were injected around the injection nozzle in the order of blocking gas (nitrogen), hydrogen and oxygen. In order to prevent the chemical reaction of the reactant material 42 in the injection nozzle, the injection nozzle was placed 25 mm lower from the top surface of the burner and nitrogen was injected around to suppress the temperature rise of the nozzle. In addition, in order to prevent the instability of the flame (23), a flame stabilizer was placed outside the flame and the compressed air was blown about 50 slm to stabilize the flame. The nozzle 41, the burner 21, and the flame stabilizer were insulated for electro-hydraulic injection, and a potential difference of 3.5 kV was applied to the nozzle and the flame stabilizer. The fine particles were prepared by injecting a tetraethylorthosilicate (TEOS) into the nozzle at a flow rate of 0.6 cc / hr using a syringe pump.
<비교예>Comparative Example
전기-수력학적 분사를 실시하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 동일한 조건으로 버너를 제작하고 반응물질(22), 차단가스(질소), 수소, 산소 순으로 동일한 양을 주입하여 같은 조건에서 실험을 하였다.Except that electro-hydraulic injection was not carried out, a burner was manufactured under the same conditions as in the example, and the experiment was conducted under the same conditions by injecting the same amount in the order of reactant 22, blocking gas (nitrogen), hydrogen, and oxygen. It was.
실시예 및 비교예에서 제조한 미세입자의 평균크기 및 기하표준편차를Average size and geometric standard deviation of the fine particles prepared in Examples and Comparative Examples
SEM(scanning electron microscope) 이미지로 분석하였고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Scanning electron microscope (SEM) images were analyzed and the results are shown in Table 1 below.
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 전기-수력학적 분사를 이용하여 입자를하전시킨 경우(실시예)가 전기-수력학적 분사 없이 기상반응시킨 경우(비교예) 보다 평균크기에 있어서 20% 이상의 감소를 보였고, 기하표준편차 또한 10%정도의 감소를 보였다. 따라서 기존의 기상반응에 의한 입자 제조방법에 전기-수력학적 분사방법을 결합하여 화염 중에 발생하는 입자를 하전시킴으로써 작고 균일한 비응집 미세 입자를 쉽게 얻을 수 있음을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, the particle size was charged by using electro-hydraulic injection (Example) by 20% or more in average size than the gas phase reaction without electro-hydraulic injection (Comparative Example). The geometric standard deviation also decreased by about 10%. Therefore, it can be seen that small, uniform, non-aggregated fine particles can be easily obtained by combining the electro-hydraulic injection method with the particle production method by the conventional gas phase reaction to charge the particles generated in the flame.
본 발명의 전기-수력학적 분사방법을 기상 반응에 의한 입자 제조방법에 적용하여 입자를 하전시킴으로써 종래의 기상반응을 통한 화염이나 반응로 제조방법 보다 더 작고 균일한 구형 또는 비응집 상태의 미세 입자를 얻을 수 있다.By applying the electro-hydraulic spraying method of the present invention to the particle production method by gas phase reaction, the particles are charged to produce smaller and more uniform spherical or non-aggregated fine particles than the conventional method for producing flame or reactor through gas phase reaction. You can get it.
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